RU2269849C2 - Narrow-band fiber lasers of great power with expanded range of wave lengths - Google Patents

Narrow-band fiber lasers of great power with expanded range of wave lengths Download PDF

Info

Publication number
RU2269849C2
RU2269849C2 RU2003130269/28A RU2003130269A RU2269849C2 RU 2269849 C2 RU2269849 C2 RU 2269849C2 RU 2003130269/28 A RU2003130269/28 A RU 2003130269/28A RU 2003130269 A RU2003130269 A RU 2003130269A RU 2269849 C2 RU2269849 C2 RU 2269849C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
fiber
raman
fiber laser
pair
bragg gratings
Prior art date
Application number
RU2003130269/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2003130269A (en
Inventor
Доменико БОНАЧЧИНИ (DE)
Доменико БОНАЧЧИНИ
Вольфганг ХАККЕНБЕРГ (DE)
Вольфганг ХАККЕНБЕРГ
Original Assignee
Ойропэише Организацион Фюр Астрономише Форшунг Ин Дер Зюдлихен Хемисфере
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ойропэише Организацион Фюр Астрономише Форшунг Ин Дер Зюдлихен Хемисфере filed Critical Ойропэише Организацион Фюр Астрономише Форшунг Ин Дер Зюдлихен Хемисфере
Publication of RU2003130269A publication Critical patent/RU2003130269A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2269849C2 publication Critical patent/RU2269849C2/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/30—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range using scattering effects, e.g. stimulated Brillouin or Raman effects
    • H01S3/302—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range using scattering effects, e.g. stimulated Brillouin or Raman effects in an optical fibre
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/09—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping
    • H01S3/091—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping
    • H01S3/094—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light
    • H01S3/094003—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light the pumped medium being a fibre
    • H01S3/094015—Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping using optical pumping by coherent light the pumped medium being a fibre with pump light recycling, i.e. with reinjection of the unused pump light back into the fiber, e.g. by reflectors or circulators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/06—Construction or shape of active medium
    • H01S3/063—Waveguide lasers, i.e. whereby the dimensions of the waveguide are of the order of the light wavelength
    • H01S3/067—Fibre lasers
    • H01S3/0675—Resonators including a grating structure, e.g. distributed Bragg reflectors [DBR] or distributed feedback [DFB] fibre lasers

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Lasers (AREA)
  • Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
  • Laser Surgery Devices (AREA)
  • Optical Communication System (AREA)
  • Glass Compositions (AREA)
  • Optical Fibers, Optical Fiber Cores, And Optical Fiber Bundles (AREA)

Abstract

FIELD: the invention refers to the mode of receiving fiber resounding cavities for narrow-band fiber lasers of great power by way of using short fibers and suppression of forced Mandelshtam-Brilluen scattering.
SUBSTANCE: a fiber laser has an optical light guide, a laser as a source of pumping, the first pair of Bragg's grates, the second pair of Bragg's grates. The fiber light guide has an active medium. The first pair of Bragg's grates forms the first resonator. The second pair of Bragg's grates resounds on the output of the wave length of the fiber laser.
EFFECT: fiber laser of a relatively great power and with a narrow width of spectral lines for an expanded range of the wave lengths for an expanded range of wave lengths in the visible and the near infrared fields of the spectrum, increase of the width of the field of the spectrum of regeneration of coherent optical emission available for a Raman fiber laser, increase of amplification of Raman's forced scattering for receiving of great power of regeneration of coherent optical radiation from a doped fiber.
15 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к способу получения волоконных резонирующих полостей для узкополосных волоконных лазеров большой мощности путем использования коротких волокон и подавления вынужденного рассеяния Мандельштама-Бриллюэна.The invention relates to a method for producing fiber resonant cavities for high power narrow-band fiber lasers by using short fibers and suppressing Mandelstam-Brillouin stimulated scattering.

Кроме того, изобретение относится к применению вышеупомянутых резонаторных схем к рамановским (комбинационным) волоконным лазерам, загруженным водородом, что позволяет создать дополнительную возможность генерирования когерентного оптического излучения в расширенном диапазоне длин волн. Использование водорода в качестве рамановской среды волокон гарантирует наиболее широкий охват длин волн для заданного средства накачки лазера.In addition, the invention relates to the application of the aforementioned resonator circuits to Raman (Raman) lasers loaded with hydrogen, which allows creating an additional opportunity to generate coherent optical radiation in an extended wavelength range. The use of hydrogen as a Raman medium of fibers guarantees the widest coverage of wavelengths for a given laser pumping means.

Помимо этого, изобретение относится к производству многочастотных волоконных лазеров либо с единственным средством накачки, либо с несколькими средствами накачки.In addition, the invention relates to the production of multi-frequency fiber lasers either with a single pumping means or with several pumping means.

Современные узкополосные твердотельные лазеры поставляются для работы только на весьма немногочисленных дискретных длинах волн для диапазонов мощности, представляющих интерес. Диодные лазеры могут формировать линии излучения лишь в узких окнах спектра ввиду их квантовой природы.Modern narrow-band solid-state lasers are available for operation only at a very few discrete wavelengths for power ranges of interest. Diode lasers can form emission lines only in narrow spectral windows due to their quantum nature.

Полезным способом получения длин волн когерентного оптического излучения, не достигаемых непосредственно диодными лазерами, является использование диодных лазеров в качестве средств накачки, обеспечивающих освещение среды, генерирующей в оптическом диапазоне. Спектры поглощения и флуоресценции среды, генерирующей в оптическом диапазоне, смещены по длине волны, так что энергия средства накачки поглощается, а затем вынужденно рассеивается на другой длине волны, определяемой полостью резонатора или лазером-источником в волоконном лазерном усилителе. КПД указанного процесса может достигать уровней 30-40%, значительно увеличиваясь, если среда, генерирующая в оптическом диапазоне, находится в резонирующей полости.A useful way to obtain coherent optical radiation wavelengths not directly achieved by diode lasers is to use diode lasers as pumping means to illuminate the medium generating in the optical range. The absorption and fluorescence spectra of a medium generating in the optical range are shifted along the wavelength, so that the energy of the pumping means is absorbed and then forcedly scattered at a different wavelength determined by the cavity of the resonator or the source laser in a fiber laser amplifier. The efficiency of this process can reach levels of 30-40%, increasing significantly if the medium generating in the optical range is in the resonating cavity.

Материалы кристаллов лазерных усилителей, являясь либо основными, либо примесными в сердцевинах волокон, могут расширять охват длин волн мощных лазеров, но и в этом случае - лишь для немногочисленных и дискретных длин волн, связанных с атомными переходами элементов, генерирующих в оптическом диапазоне, как правило, ионов редкоземельных элементов, внедренных в среду-хозяина.The materials of crystals of laser amplifiers, being either basic or impurity in the cores of fibers, can expand the coverage of wavelengths of high-power lasers, but also in this case only for a few and discrete wavelengths associated with atomic transitions of elements generating in the optical range, as a rule , rare earth ions introduced into the host medium.

В последние годы сердцевины волокон (одномодовых) волноводов нашли применение в качестве хозяев для материалов, излучающих в оптическом диапазоне. Использование волоконного волновода дает многочисленные преимущества, включая исключительно высокую концентрацию мощностей накачки. Например, незатухающая гармоническая волна (НГВ) при мощности накачки, равной 1 Вт, соответствует плотности 5 МВт/см2 в волокне сердцевины диаметром 5 микрон.In recent years, fiber cores of (single-mode) waveguides have found application as hosts for materials emitting in the optical range. Using a fiber waveguide offers numerous benefits, including an exceptionally high concentration of pump power. For example, an undamped harmonic wave (NG) with a pump power of 1 W corresponds to a density of 5 MW / cm 2 in a core fiber with a diameter of 5 microns.

Такая высокая концентрация позволяет очень эффективно эксплуатировать в волокне такие нелинейные эффекты, как вынужденный эффект Рамана, при этом из уровня техники известно о КПД преобразования в диапазоне 40-80%. При эффекте Рамана энергия фотонов лазеров накачки преобразуется в колебательные полосы атомов или молекул материала, излучающего в оптическом диапазоне. Спектр поглощения колебательных полос исключительно широк по сравнению обычными средами, генерирующими в оптическом диапазоне (у которых аналогичный спектр поглощения находится в диапазоне нанометров). Потеря энергии при возбуждении вибрационных полос затрачивается на фотоны накачки, которые придают длинам волн красное смещение. Если рамановская среда, генерирующая в оптическом диапазоне, представляет собой рамановский кристалл, вставленный в полость резонатора, имеющую свободное пространство, то значения ширины полосы линий излучения лазера определяются свойствами этой полости и в принципе на ширину спектральных линий нет ограничений. Однако среди других причин, ограничивающих достижение больших мощностей лазеров, необходимо отметить тепловые эффекты в рамановском кристалле, хотя в оптических волокнах такого ограничения нет. В последние годы разработаны германиево-силикатные рамановские волокна (которые целиком состоят из силиката германия или содержат его в качестве легирующей примеси), и в продаже уже появились широколинейчатые волоконные рамановские усилители, обеспечивающие увеличение мощности незатухающей гармонической волны в десятки раз для ближней инфракрасной области спектра. Уже продемонстрирована возможность использования водорода в качестве рамановской среды в свободном пространстве высококачественных полостей резонаторов, свободное пространство внутри которых находится под высоким давлением (100 бар).Such a high concentration makes it possible to very effectively exploit such nonlinear effects in the fiber as the stimulated Raman effect, while the prior art knows about conversion efficiency in the range of 40-80%. With the Raman effect, the energy of the photons of the pump lasers is converted into vibrational bands of atoms or molecules of a material emitting in the optical range. The absorption spectrum of vibrational bands is extremely wide compared to conventional media generating in the optical range (for which a similar absorption spectrum is in the nanometer range). The energy loss during the excitation of vibrational bands is expended on pump photons, which give the wavelengths a redshift. If the Raman medium generating in the optical range is a Raman crystal inserted into the cavity of the cavity with free space, then the bandwidth of the laser radiation lines is determined by the properties of this cavity and, in principle, there are no restrictions on the width of the spectral lines. However, among other reasons limiting the achievement of high laser powers, it is necessary to note the thermal effects in the Raman crystal, although there is no such limitation in optical fibers. In recent years, germanium-silicate Raman fibers (which are entirely composed of germanium silicate or contain it as an alloying impurity) have been developed, and wide-line Raman amplifiers have already appeared on sale, providing a ten-fold increase in the power of an undamped harmonic wave for the near infrared region of the spectrum. The possibility of using hydrogen as a Raman medium in the free space of high-quality cavity cavities, the free space inside which is under high pressure (100 bar), has already been demonstrated.

Фундаментальная проблема рамановских волоконных лазеров заключается в том, что на их основе нельзя создать лазеры больших мощностей, имеющие малую ширину спектральных линий. Это действительно очень серьезное ограничение для коммерческого применения мощных волоконных лазеров. Широкополосные диодные лазеры накачки не представляют проблемы, а вот создание обеспечивающего малую ширину спектральных линий резонатора до создания этого изобретения было проблемой.The fundamental problem of Raman fiber lasers is that they cannot be used to create high power lasers with a small spectral line width. This is indeed a very serious limitation for the commercial use of high-power fiber lasers. Broadband diode pump lasers are not a problem, but the creation of a resonator providing a small spectral line width before the creation of this invention was a problem.

При малой ширине спектральных линий лазера в волоконном волноводе конкурирующий эффект, который может представлять собой вынужденное рассеяние Мандельштама-Бриллюэна (ВРМБ) или стоячие акустические волны в стекле, отнимает энергию у фотонов лазера, создающих фононы. Стоячая волна формирует дифракционную решетку оптической точности, которая может весьма эффективно снижать мощность лазера в волокне на величину до 80%. Параметры, регулирующие эти нелинейные процессы вынужденного рассеяния Мандельштама-Бриллюэна и вынужденного рассеяния Рамана в волноводе, схожи: это эффективная длина волокна, диаметр которого обеспечивает нужное поле мод, и ширина спектральной линии. Волоконный резонатор, посылающий назад и вперед излучение лазера, увеличивает плотность энергии с коэффициентом, пропорциональным качеству полости резонатора. Рост плотности энергии увеличивает КПД процессов Рамана и Мандельштама-Бриллюэна. Поскольку ширина спектральных линий лазера является малой, процесс вынужденного рассеяния Мандельштама-Бриллюэна становится очень эффективным, в типичном случае - в 100 раз более эффективным, чем рамановский процесс, и обычный волоконный лазер большой мощности с малой шириной спектральных линий становится неосуществимым. Это основная причина неудачи немногочисленных попыток создания соответствующих конструкций.With a small width of the spectral lines of the laser in the fiber waveguide, a competing effect, which may be stimulated Mandelstam-Brillouin scattering (SBS) or standing acoustic waves in the glass, takes energy from the photons of the laser creating phonons. A standing wave forms an optical precision diffraction grating, which can very effectively reduce the laser power in the fiber by up to 80%. The parameters governing these non-linear processes of stimulated Mandelstam-Brillouin scattering and stimulated Raman scattering in a waveguide are similar: this is the effective fiber length, the diameter of which provides the desired mode field, and the width of the spectral line. A fiber resonator that sends back and forth laser radiation increases the energy density with a coefficient proportional to the quality of the cavity of the resonator. An increase in energy density increases the efficiency of the Raman and Mandelstam-Brillouin processes. Since the width of the laser spectral lines is small, the Mandelstam-Brillouin stimulated scattering process becomes very efficient, typically 100 times more efficient than the Raman process, and a conventional high power fiber laser with a small spectral line width becomes impracticable. This is the main reason for the failure of a few attempts to create appropriate structures.

С другой стороны, если бы можно было производить твердотельные волоконные рамановские лазеры с малой шириной спектральных линий на основе рамановской среды, обеспечивающей широкий охват длин волн, то они обладали бы потенциалом почти полного охвата ширины полосы, даже при использовании уже существующих в настоящее время средств накачки на основе диодных лазеров.On the other hand, if it were possible to produce solid-state fiber Raman lasers with a small spectral line width based on a Raman medium providing a wide coverage of wavelengths, they would have the potential to almost completely cover the bandwidth, even if pumping facilities already existing at present based on diode lasers.

Важно отметить, что нелинейные эффекты Рамана и Мандельштама-Бриллюэна характеризуются также смещением длин волн, которое они могут сообщать фотонам лазера. Этот эффект используется в предлагаемой новой конструкции волоконного резонаторного лазера для получения лазеров большой мощности с малой шириной спектральных линий и большим КПД преобразования.It is important to note that the nonlinear effects of Raman and Mandelstam-Brillouin are also characterized by a shift in wavelengths that they can communicate to laser photons. This effect is used in the proposed new design of a fiber cavity laser to produce high power lasers with a small spectral line width and high conversion efficiency.

Полость резонатора волоконного лазера можно изготавливать, например, путем формирования рисунка брэгговских решеток. Их формируют в стекле сердцевин волокон, и эти решетки в настоящее время позволяют производить полости резонаторов с исключительно высоким качеством и значениями ширины спектральных линий до 10 кГц. Точную настройку осуществляют путем растяжения периодов брегговских решеток на конце резонатора либо механическим, либо термическим способом. Можно настроить орган сервоуправления на эпорную длину волны, стабилизируя выходную частоту.The cavity of the fiber laser cavity can be made, for example, by forming a pattern of Bragg gratings. They are formed in the glass of the fiber cores, and these gratings currently allow producing cavity cavities with exceptionally high quality and spectral line widths up to 10 kHz. Fine tuning is carried out by stretching the periods of the Bragg gratings at the end of the resonator, either mechanically or thermally. You can tune the servo control to an eporic wavelength, stabilizing the output frequency.

Для усовершенствования производства брегговских решеток волокна загружают водородом методом диффузии. Поясняя ниже один из пунктов формулы изобретения, авторы отмечают, что молекулы водорода в стекле ведут себя так, будто газ находится под высокими давлениями, очень сильно расширяя рамановский профиль.To improve the production of Bragg gratings, the fibers are loaded with hydrogen by diffusion. Explaining one of the claims below, the authors note that the hydrogen molecules in the glass behave as if the gas is under high pressures, greatly expanding the Raman profile.

Из заявки ЕР 0784217 А1 на европейский патент известны рамановский волоконный лазер, излучающий на длинах волн 1,24 мкм и 1,48 мкм, и средства для увеличения КПД преобразования излучения при рассеянии Рамана (комбинационном рассеянии). Излучение лазера на длине волны 1,24 мкм обусловлено наличием источника накачки, в состав которого входят волоконный световод, содержащий P2О5 в количестве от 1 до 30 молярных процентов, части волоконного световода, содержащие GeO2 в количестве от 11 до 39 молярных процентов, и брегговские волоконно-оптические решетки. Решетка на стороне накачки образует выходной распределенный отражатель оптического резонатора для первой стоксовой компоненты. Вторая решетка образует выходной распределенный отражатель для того же резонатора. На выходе получается первая стоксова компонента. В рамановском волоконном лазере, излучающем на длине волны 1,48 мкм, формируется вторая стоксова компонента. Изменение показателя преломления в части волоконного световода достигается путем направления по нему лазерного излучения, имеющего длину волны от 270 до 390 нм, которое проходит через защитную полимерную оболочку волоконного световода.From a European patent application EP 0784217 A1, a Raman fiber laser emitting at wavelengths of 1.24 μm and 1.48 μm, and means for increasing the conversion efficiency of radiation during Raman scattering (Raman scattering) are known. Laser radiation at a wavelength of 1.24 μm is due to the presence of a pump source, which includes a fiber waveguide containing P 2 O 5 in an amount of 1 to 30 molar percent, parts of a fiber waveguide containing GeO 2 in an amount of 11 to 39 molar percent , and Bragg fiber optic arrays. The grating on the pump side forms an output distributed reflector of the optical resonator for the first Stokes component. The second grating forms an output distributed reflector for the same resonator. The output is the first Stokes component. In a Raman fiber laser emitting at a wavelength of 1.48 μm, a second Stokes component is formed. The change in the refractive index in part of the fiber is achieved by directing laser radiation along it, having a wavelength from 270 to 390 nm, which passes through the protective polymer sheath of the fiber.

Основными недостатками рамановского волоконного лазера, описанного в заявке ЕР 0784217 А1, являются, в частности, большая ширина спектральных линий и ограниченный охват длин волн, сводящийся к двум дискретным длинам волн. Кроме того, усиление второй и шестой стоксовых компонент является относительно малым ввиду низкого КПД рассеяния Рамана более высокого порядка, что приводит к низкому выделению энергии в лазере.The main disadvantages of the Raman fiber laser described in the application EP 0784217 A1 are, in particular, the large width of the spectral lines and the limited coverage of wavelengths, reduced to two discrete wavelengths. In addition, the amplification of the second and sixth Stokes components is relatively small due to the low Raman scattering efficiency of a higher order, which leads to a low energy release in the laser.

Поэтому задача настоящего изобретения состоит в обеспечении волоконного лазера относительно большой мощности и с малой шириной спектральных линий для расширенного диапазона длин волн в видимой и ближней инфракрасной областях спектра.Therefore, an object of the present invention is to provide a fiber laser of relatively high power and a small spectral line width for an extended wavelength range in the visible and near infrared regions of the spectrum.

Дополнительная задача изобретения состоит в том, чтобы увеличить ширину области спектра генерации когерентного оптического излучения доступной для рамановского волоконного лазера, с обеспечением возможности излучения в многомодовом режиме на выходе лазера.An additional objective of the invention is to increase the width of the spectral region of the generation of coherent optical radiation available for the Raman fiber laser, with the possibility of radiation in multimode mode at the laser output.

Еще одной задачей является увеличение усиления вынужденного рассеяния Рамана для получения большей мощности генерации когерентного оптического излучения от легированного волокна.Another objective is to increase the amplification of Raman stimulated scattering in order to obtain a higher generation power of coherent optical radiation from the doped fiber.

Эти задачи решаются с помощью волоконного лазера, содержащего волоконный световод (3), имеющий активную среду, лазер в качестве источника (1) накачки и первую пару брэгговских решеток (6, 8), образующих первый резонатор (4), при этом первая пара брэгговских решеток (6, 8) обеспечивает резонанс в лазере (1) накачки и предусмотрена вторая пара брэгговских решеток (7, 9), образующих второй резонатор (5) и резонирующих на выходной длине волны волоконного лазера, вследствие чего вторая пара брэгговских решеток (7, 9) является отражающей на стоксовых компонентах первого порядка рамановского рассеяния света, и пропускающей для компонент вынужденного рассеяния Мандельштама-Бриллюэна, так что компоненты вынужденного рассеяния Мандельштама-Бриллюэна покидают второй резонатор (5) без резонанса или генерации когерентного оптического излучения.These problems are solved using a fiber laser containing a fiber waveguide (3) having an active medium, a laser as a pump source (1) and the first pair of Bragg gratings (6, 8) forming the first resonator (4), while the first pair of Bragg gratings (6, 8) provides resonance in the pump laser (1) and a second pair of Bragg gratings (7, 9) is provided, forming a second resonator (5) and resonating at the output wavelength of the fiber laser, as a result of which a second pair of Bragg gratings (7, 9) reflects on Stokes components ah first order Raman scattering light, and transmissive for components of stimulated Brillouin scattering, so that the components of stimulated Brillouin scattering leave the second resonator (5) without resonance, or generating coherent optical radiation.

При этом вторая пара брэгговских решеток резонирует на дополнительной выходной длине волны волоконного лазера.In this case, the second pair of Bragg gratings resonates at an additional output wavelength of the fiber laser.

Кроме того, в указанном волоконном лазере используется эффект Рамана, а вторая пара брэгговских решеток (7, 9) образует избирательно резонирующий резонатор (5), испускающий фотоны рассеяния Мандельштама-Бриллюэна, рассеиваемые в массе материала волоконного световода (3).In addition, the Raman effect is used in this fiber laser, and the second pair of Bragg gratings (7, 9) forms a selectively resonating resonator (5) that emits Mandelstam-Brillouin scattering photons scattered in the mass of the fiber material (3).

А активная среда представляет собой легирующую примесь, содержащую молекулярный водород.And the active medium is a dopant containing molecular hydrogen.

При этом в волоконном лазере каждый из резонаторов (4, 5), образованный парами брэгговских решеток (6, 8; 7, 9), расположен с обеспечением возможности настройки полости резонатора в волоконном световоде (3), принадлежащей каждому из резонаторов (4, 5), независимо от другой такой же полости.Moreover, in a fiber laser, each of the resonators (4, 5), formed by pairs of Bragg gratings (6, 8; 7, 9), is located with the possibility of tuning the cavity of the resonator in the fiber optical fiber (3) belonging to each of the resonators (4, 5 ), regardless of the other same cavity.

При этом длина волоконного световода (3) находится в диапазоне между 10 и 100 метров, кроме того волокно может быть выполнено на основе кварцевого стекла.The length of the fiber (3) is in the range between 10 and 100 meters, in addition, the fiber can be made on the basis of silica glass.

Согласно второму аспекту изобретения предусмотрен рамановский волоконный лазер, содержащий волоконный световод (3), имеющий, по меньшей мере, одну легирующую примесь в качестве активной среды, лазер в качестве источника (1) накачки и первую пару брэгговских решеток (6, 8), образующих первый резонатор (4), при этом волоконный световод (3) содержит молекулярный водород в качестве легирующей примеси, при этом молекулярный водород загружен в волоконный световод (3) путем диффузии из атмосферы молекулярного водорода.According to a second aspect of the invention, there is provided a Raman fiber laser comprising a fiber waveguide (3) having at least one dopant as an active medium, a laser as a pump source (1) and a first pair of Bragg gratings (6, 8) forming the first resonator (4), wherein the optical fiber (3) contains molecular hydrogen as a dopant, and the molecular hydrogen is loaded into the optical fiber (3) by diffusion from the atmosphere of molecular hydrogen.

Кроме того, атмосфера молекулярного водорода для загрузки его в волоконный световод поддерживается под давлением больше или равно 100 бар, при этом волоконный световод (3) герметично изолирован внешним покрытием, выполненным из металла или углерода.In addition, the atmosphere of molecular hydrogen for loading it into the optical fiber is maintained at a pressure of greater than or equal to 100 bar, while the optical fiber (3) is hermetically insulated by an external coating made of metal or carbon.

В рамановском волоконном лазере металлическое покрытие состоит из алюминия (Al) или меди (Cu) или золота (Au).In a Raman fiber laser, a metal coating consists of aluminum (Al) or copper (Cu) or gold (Au).

При этом первый резонатор (4), образованный первой парой брэгговских решеток (6, 8), обеспечивает резонанс в лазере (1) накачки.In this case, the first resonator (4) formed by the first pair of Bragg gratings (6, 8) provides resonance in the pump laser (1).

Кроме того, этот рамановский волоконный лазер содержит вторую пару брэгговских решеток, выполненных как брэгговские решетки с избирательной отражательной способностью и образующих второй резонатор (5).In addition, this Raman fiber laser contains a second pair of Bragg gratings made as Bragg gratings with selective reflectivity and forming a second resonator (5).

При этом избирательный резонатор (5) обеспечивает резонанс фотонов вынужденного рамановского рассеяния, рассеянных в молекулах водорода в волоконном световоде (3).In this case, the selective resonator (5) provides the resonance of stimulated Raman scattering photons scattered in hydrogen molecules in a fiber waveguide (3).

А одна из брэгговских решеток (7, 9), образующая второй резонатор (5), выполнена в качестве выходного соединителя (9).And one of the Bragg gratings (7, 9), forming the second resonator (5), is made as an output connector (9).

Согласно заявленному изобретению обеспечивают узкополосный рамановский мощный лазер, обеспечивающий выдачу большой энергии, с почти полным охватом длин волн в видимой или ближней инфракрасной части спектра.According to the claimed invention, a narrow-band Raman high-power laser is provided that provides high energy output, with almost complete coverage of wavelengths in the visible or near infrared part of the spectrum.

Применения одночастотной части волоконного лазера (т.е. части, работающей на одной длине волны) согласно изобретению возможны, например, в спектроскопии, точной выборочной хирургии, средствах Laser Guide Stars для адаптивной оптики и в системах лидаров (метеорологических локаторов инфракрасного диапазона).Applications of the single-frequency part of a fiber laser (i.e., a part operating at the same wavelength) according to the invention are possible, for example, in spectroscopy, precision selective surgery, Laser Guide Stars for adaptive optics and in lidar systems (infrared weather meteorological locators).

Легче понять изобретение можно, изучив прилагаемые чертежи.It is easier to understand the invention by studying the accompanying drawings.

На фиг.1 показана диаграмма возможной области длин волн, охватываемой рамановским волоконным лазером, имеющим в спектре излучения стоксову компоненту 1-го порядка, в соответствии с изобретением.Figure 1 shows a diagram of a possible wavelength region covered by a Raman fiber laser having a first-order Stokes component in the radiation spectrum in accordance with the invention.

На фиг.2 показан первый конкретный вариант осуществления рамановского волоконного лазера в соответствии с изобретением.Figure 2 shows a first specific embodiment of a Raman fiber laser in accordance with the invention.

На фиг.3 показан второй конкретный вариант осуществления рамановского волоконного лазера в соответствии с изобретением.Figure 3 shows a second specific embodiment of a Raman fiber laser in accordance with the invention.

На фиг.4 показан третий конкретный вариант осуществления рамановского волоконного лазера в соответствии с изобретением.4 shows a third specific embodiment of a Raman fiber laser in accordance with the invention.

На фиг.1 показана схема видимой и ближней инфракрасных областей спектра с охватом длин волн водородного рамановского волоконного лазера в соответствии с изобретением. Длина волны задана в нанометрах.Figure 1 shows a diagram of the visible and near infrared regions of the spectrum with the coverage of wavelengths of a hydrogen Raman fiber laser in accordance with the invention. The wavelength is given in nanometers.

В верхней части диаграммы показаны спектральные линии наиболее типичных диодных лазеров накачки, предназначенных для накачки предлагаемого рамановского волоконного лазера. Каждая из спектральных линий принадлежит отличающемуся источнику накачки. С учетом удвоения частоты диапазон длин волн, охватываемый средствами накачки, составляет от 400 нм до 1700 нм.The upper part of the diagram shows the spectral lines of the most typical diode pump lasers intended for pumping the proposed Raman fiber laser. Each of the spectral lines belongs to a different pump source. Given the frequency doubling, the wavelength range covered by the pumping means is from 400 nm to 1700 nm.

В нижней части диаграммы показаны соответствующие подвергнутые красному смещению и расширенные спектральные линии предлагаемого загруженного водородом рамановского лазера, спектр излучения которого имеет стоксову компоненту 1-го порядка и который легирован молекулярным водородом под высоким давлением. Набор источников накачки не сводится к примерам, приведенным выше; при наличии подходящих средств накачки можно обеспечить охват всего диапазона длин волн.The lower part of the diagram shows the corresponding redshifted and expanded spectral lines of the proposed hydrogen-loaded Raman laser, the emission spectrum of which has a first-order Stokes component and which is doped with high-pressure molecular hydrogen. The set of pump sources is not limited to the examples given above; if suitable pumping equipment is available, the entire wavelength range can be covered.

Расширение и красное смещение спектральных линий на выходе обеспечиваются эффектом Рамана при взаимодействии с молекулярным водородом, легированным в волоконный световод. Водород можно загружать в волокно, например, посредством процесса диффузии в атмосфере H2 под давлением, которое превышает 100 бар. Молекулы водорода могут удерживаться в волокне постоянно посредством внешнего покрытия, предусматриваемого на волокне и образуемого слоем металла или углерода. С другой стороны, волокно можно удерживать в достаточно малой водородной ячейке, запаяв концы волокна в этой ячейке.The expansion and redshift of the spectral lines at the output are provided by the Raman effect when interacting with molecular hydrogen doped into a fiber waveguide. Hydrogen can be loaded into the fiber, for example, by means of a diffusion process in an H 2 atmosphere under a pressure that exceeds 100 bar. Hydrogen molecules can be held in the fiber continuously through an outer coating provided on the fiber and formed by a layer of metal or carbon. On the other hand, the fiber can be held in a sufficiently small hydrogen cell by soldering the ends of the fiber in this cell.

На фиг.2 показан первый конкретный вариант осуществления предлагаемого рамановского волоконного лазера, легированного Н2. Этот рамановский волоконный лазер содержит лазер 1 накачки с удвоенной частотой, излучающий на длине волны 947,2 нм. Источник накачки выполнен на основе кристалла неодима, накачиваемого диодным лазером. Изолятор 2 подает свет одной длины волны 473,6 нм в волоконный световод 3. Волоконный световод 3 представляет собой одномодовое волокно. Длина этого волокна составляет порядка 10-100 м, так что оно значительно короче, чем волокна обычных рамановских волоконных лазеров, длина которых достигает 1000 м и более.Figure 2 shows the first specific embodiment of the proposed Raman fiber laser doped with H 2 . This Raman fiber laser comprises a double-frequency pump laser 1 emitting at a wavelength of 947.2 nm. The pump source is made on the basis of a neodymium crystal pumped by a diode laser. The insulator 2 delivers the light of a single wavelength of 473.6 nm into the optical fiber 3. The optical fiber 3 is a single-mode fiber. The length of this fiber is about 10-100 m, so it is much shorter than the fibers of ordinary Raman fiber lasers, the length of which reaches 1000 m or more.

Рамановский волоконный лазер также содержит два резонатора 4 и 5, каждый из которых состоит из первой брэгговской решетки 6 и 8 и второй брэгговской решетки 7 и 9, причем брэгговские решетки 6, 7 и 9 образуют отражатели с высокой степенью отражения для оптических резонаторов 4 и 5, тогда как брэгговская решетка 9 выполнена в качестве выходного соединителя.The Raman fiber laser also contains two resonators 4 and 5, each of which consists of a first Bragg grating 6 and 8 and a second Bragg grating 7 and 9, and the Bragg gratings 6, 7 and 9 form reflectors with a high degree of reflection for optical resonators 4 and 5 , while the Bragg grating 9 is made as an output connector.

В первом конкретном варианте осуществления предлагаемого рамановского волоконного лазера, показанном на фиг.2, требуемая длина волны, которая излучается выходном соединителе 9, соответствует спектральной линии D2 натрия при 589,0 нм.In a first specific embodiment of the proposed Raman fiber laser, shown in FIG. 2, the required wavelength that is emitted from the output connector 9 corresponds to the sodium spectral line D2 at 589.0 nm.

В нижеследующей таблице приведен обзор признаков частей первого конкретного варианта осуществления рамановского волоконного лазера.The following table provides an overview of features of parts of a first specific embodiment of a Raman fiber laser.

Средство накачкиPumping means Длина волны (в воздухе)Wavelength (in air) 473, 6 нм473.6 nm   МощностьPower 15 Вт15 watts   Ширина спектральной линииSpectral line width 1 нм1 nm Волокно, загруженное водородомHydrogen Loaded Fiber Материал сердцевиныCore material Кварцевое стеклоQuartz glass   Диаметр поля модMod field diameter 3,5 мкм3.5 μm   ДлинаLength 12 м12 m   Сохранение поляризацииPolarization preservation ПредусмотреноForeseen Брэгговские решетки 6 и 8Bragg gratings 6 and 8 Длина волны в центреCenter wavelength 473,6 нм473.6 nm   Ширина полосыThe width of the line 1,0 нм1.0 nm   Отражательная способностьReflectivity 99%99% Брэгговские решетки 7 и 9Bragg gratings 7 and 9 Длина волны в центреCenter wavelength 589,0 нм589.0 nm   Ширина полосыThe width of the line 0,6 пм0.6 pm   Отражательная способностьReflectivity 99% (сильный отражатель) 90% (выходной соединитель)99% (strong reflector) 90% (output connector)

Второй резонатор 5, состоящий из выходного соединителя 9 и сильного отражателя 7, резонирует усиление при красном смещении на первой стоксовой компоненте длины волны накачки при рамановском рассеянии. В соответствии с изобретением брэгговские решетки 7 и 9 являются отражающими на первой стоксовой компоненте света, подвергнутого рамановскому рассеиванию, и пропускающими для компонент рассеяния Мандельштама-Бриллюэна. Таким образом, на длине волны, соответствующей стоксовой компоненте рамановского рассеяния, осуществляется резонанс и начинается генерация когерентного оптического излучения, тогда как компоненты Мандельштама-Бриллюэна покидают резонатор без резонанса или генерации когерентного оптического излучения.The second resonator 5, consisting of an output connector 9 and a strong reflector 7, resonates the gain at redshift on the first Stokes component of the pump wavelength during Raman scattering. In accordance with the invention, the Bragg gratings 7 and 9 are reflective on the first Stokes component of the light subjected to Raman scattering and transmitting for the Mandelstam-Brillouin scattering components. Thus, at the wavelength corresponding to the Stokes component of Raman scattering, resonance occurs and the generation of coherent optical radiation begins, while the Mandelstam-Brillouin components leave the resonator without resonance or generation of coherent optical radiation.

Это ключевой элемент части изобретения для узкополосных волоконных резонаторов большой мощности. Без этого ключевого элемента, усиление вынужденного рассеяния Мандельштама-Бриллюэна превышает усиление вынужденного рассеяния Рамана, например, в кварцевом стекле примерно в 20 раз. Теперь же с помощью качественных бреэгговских решеток, разработанных в соответствии с изобретением, можно обеспечить увеличение усиления вынужденного рамановского рассеяния, превышающее усиление вынужденного рассеяния Мандельштама-Бриллюэна с большими коэффициентами - до 104.This is a key element of a part of the invention for high power narrowband fiber resonators. Without this key element, the amplification of Mandelstam-Brillouin stimulated scattering exceeds the amplification of Raman stimulated scattering, for example, in quartz glass by about 20 times. Now, with the help of high-quality Bragg gratings developed in accordance with the invention, it is possible to provide an increase in the stimulated Raman scattering gain that exceeds the Mandelstam-Brillouin stimulated scattering gain with large coefficients - up to 10 4 .

В этом конкретном примере постоянная усиления вынужденного рамановского рассеяния для кварцевого стекла, загруженного водородом, на длине волны 473,6 нм составляет gR,0=9·10-14 м/Вт. Постоянная усиления вынужденного рассеяния Мандельштама Бриллюэна на длине волны 589 нм составляет gB,0=5·10-11 м/Вт для волокна из кварцевого стекла, в котором сохраняется поляризация, и узкополосного света накачки. Для ширины спектральной линии 0,5 ГГц на длине волны 589 нм постоянная усиления вынужденного рассеяния Мандельштама-Бриллюэна уменьшается с коэффициентом примерно 5. Таким образом, отношение gB,0/gR,0 в данном случае составляет примерно 100, и при этом вынужденное рассеяние Мандельштама-Бриллюэна доминирует. Фотоны первой, соответствующие первой стоксовой компоненте вынужденного рамановского рассеяния, обеспечивают большую эффективную длину волокна, чем фотоны вынужденного рассеяния Мандельштама-Бриллюэна, причем это увеличение происходит с коэффициентом, пропорциональным качеству. Это происходит потому, что фотоны вынужденного рассеяния Мандельштама-Бриллюэна не отражаются брэгговскими решетками, вследствие чего не происходит их резонанс. Это создает ситуацию, противоположную естественной ситуации, делая эффективное усиление вынужденного рамановского рассеяния больше, чем усиление вынужденного рассеяния Мандельштама-Бриллюэна. Это обеспечивает работу волоконного лазера в узкой полосе с отдачей большой мощности.In this specific example, the amplification constant of stimulated Raman scattering for quartz glass loaded with hydrogen at a wavelength of 473.6 nm is g R, 0 = 9 · 10 -14 m / W. Mandelstam Brillouin stimulated scattering amplification constant at a wavelength of 589 nm is g B, 0 = 5 · 10 -11 m / W for a silica glass fiber in which polarization is preserved and narrow-band pump light. For a spectral line width of 0.5 GHz at a wavelength of 589 nm, the amplification constant of Mandelstam-Brillouin stimulated scattering decreases with a coefficient of approximately 5. Thus, the ratio g B, 0 / g R, 0 in this case is approximately 100, and the Mandelstam-Brillouin scattering dominates. The photons of the first, corresponding to the first Stokes component of stimulated Raman scattering, provide a larger effective fiber length than the Mandelstam-Brillouin stimulated scattering photons, and this increase occurs with a coefficient proportional to the quality. This is because the Mandelstam-Brillouin stimulated scattering photons are not reflected by the Bragg gratings, as a result of which their resonance does not occur. This creates a situation opposite to the natural situation, making the effective amplification of stimulated Raman scattering more than the amplification of stimulated Mandelstam-Brillouin scattering. This ensures the operation of a fiber laser in a narrow band with a return of high power.

Настройку и захват частоты лазера можно осуществить с помощью частотомеров или других датчиков частоты для возбуждения средств сервоуправления и захвата частоты генерации когерентного оптического излучения. Средство сервоуправления будет воздействовать, растягивая периоды брэгговских решеток либо термическим, либо механическим образом. Отметим, что эта схема является модульной и может быть распространена для многочастотных лазеров.Tuning and frequency capture of the laser can be carried out using frequency meters or other frequency sensors to excite the servo control and capture the frequency of generation of coherent optical radiation. The servo control will act by stretching the periods of the Bragg gratings either thermally or mechanically. Note that this scheme is modular and can be extended to multi-frequency lasers.

На фиг.3 показан второй конкретный вариант осуществления рамановского волоконного лазера в соответствии с изобретением.Figure 3 shows a second specific embodiment of a Raman fiber laser in accordance with the invention.

Цель второго конкретного варианта осуществления заключается в том, чтобы продемонстрировать, что для одной и той же выходной частоты можно выбрать разные схемы накачки, в зависимости от требуемых уровней выходной мощности.The purpose of the second specific embodiment is to demonstrate that different pump patterns can be selected for the same output frequency, depending on the required output power levels.

Для накачки используется источник 1 накачки на основе инфракрасного диодного лазера, работающий на длине волны 792,0 нм. Излучение из источника накачки подается через изолятор 2 в одномодовый волоконный световод 3. Волокно может быть выполнено так же, как описано в первом конкретном варианте осуществления.For pumping, a pumping source 1 based on an infrared diode laser operating at a wavelength of 792.0 nm is used. The radiation from the pump source is supplied through an insulator 2 to a single-mode fiber optic fiber 3. The fiber can be made in the same way as described in the first specific embodiment.

В рассматриваемом конкретном варианте осуществления предусмотрены два сплетенных резонатора 4 и 5, каждый из которых состоит из двух брэгговских решеток 6, 8 и 7, 9, причем первая брэгговская решетка 7 второго резонатора 5, которая обеспечивает резонанс на стоксовых составляющих, расположена между первой брэгговской решеткой 6 и второй брэгговской решеткой 8 резонатора 4 накачки.In this particular embodiment, two woven resonators 4 and 5 are provided, each of which consists of two Bragg gratings 6, 8 and 7, 9, the first Bragg grating 7 of the second resonator 5, which provides resonance to the Stokes components, is located between the first Bragg grating 6 and the second Bragg grating 8 of the pump cavity 4.

Генератор 10 второй гармоники генерирует заданную длину волны 589,0 нм из рамановского лазера, спектр излучения которого содержит стоксову составляющую первого порядка, что обеспечивает резонанс на длине волны 1178,0 нм за счет использования дихроичного светоделителя 11. Между брэгговской решеткой 8 и генератором 10 второй гармоники необходима модосогласущая линза 12 для обработки лазерного луча.The second harmonic generator 10 generates a predetermined wavelength of 589.0 nm from a Raman laser, the emission spectrum of which contains a Stokes component of the first order, which ensures resonance at a wavelength of 1178.0 nm through the use of a dichroic beam splitter 11. Between the Bragg grating 8 and the second generator 10 harmonics requires a modal matching lens 12 to process the laser beam.

На фиг.4 показан третий конкретный вариант осуществления рамановского волоконного лазера в соответствии с изобретением. Вместо одномодового волокна, легированного водородом, используется германиево-силикатный рамановский лазер с накачкой в инфракрасном диапазоне и согласованным удвоением частоты для длины волны 589,0 нм, в котором брэгговские решетки используются как в качестве для средства накачки, так и для формирования стоксовой волны первого порядка. В частности, источник 1 накачки может представлять собой волоконный лазер, легированный иттербием, излучающий на длине волны 1113,7 нм.4 shows a third specific embodiment of a Raman fiber laser in accordance with the invention. Instead of a single-mode hydrogen-doped fiber, a germanium-silicate Raman laser is used with infrared pumping and matched frequency doubling for a wavelength of 589.0 nm, in which Bragg gratings are used both as a pumping means and to form a first-order Stokes wave . In particular, the pumping source 1 may be a ytterbium-doped fiber laser emitting at a wavelength of 1113.7 nm.

Основная конструкция рамановского лазера аналогична конструкции, описанной во втором конкретном варианте осуществления и показанной на фиг.3. Цель третьего конкретного варианта осуществления состоит в том, чтобы продемонстрировать гибкость предлагаемой схемы брэгговских решеток, которую можно использовать с различными легирующими примесями волокон для различных диапазонов длин волн накачки.The basic structure of the Raman laser is similar to that described in the second specific embodiment and shown in FIG. The purpose of the third specific embodiment is to demonstrate the flexibility of the proposed Bragg grating scheme, which can be used with different dopants of fibers for different pump wavelength ranges.

Изобретение не сводится к конкретным вариантам осуществления, описанным выше, и в качестве примера можно отметить, что оно также применимо к большему количеству брэгговских решеток, образующих дополнительные резонаторы для получения из одного волокна выходного сигнала, эквивалентного выходному сигналу многомодового лазера.The invention is not limited to the specific embodiments described above, and as an example, it can be noted that it is also applicable to a larger number of Bragg gratings forming additional resonators to obtain an output signal from a single fiber equivalent to the output signal of a multimode laser.

Фактически, признак достижения резонанса лишь на одной единственной длине волны можно также распространить на многочастотные лазерные резонаторы в одном и том же волокне. Этот подход реалистичен потому, что одномодовые волоконные резонаторы, по существу, можно ориентировать произвольно. Можно сформировать рисунки брэгговских отражателей для разных длин волн в разных участках одного и того же волокна, и при каждой геометрии брэгговских решеток будет осуществляться пропускание на резонансных длинах волн без отражения. Резонаторные полости будут иметь некоторую геометрию внешней оболочки и будут настраиваться каскадно путем термического или механического растяжения периодов брэгговских решеток. Придется использовать модульный алгоритм глобального управления, который распространен в теории сервоуправления для захвата частоты лазеров.In fact, the sign of resonance at only one single wavelength can also be extended to multi-frequency laser resonators in the same fiber. This approach is realistic because single-mode fiber resonators can essentially be oriented arbitrarily. It is possible to create patterns of Bragg reflectors for different wavelengths in different parts of the same fiber, and for each geometry of the Bragg gratings, transmission at resonant wavelengths without reflection will be carried out. Resonator cavities will have some geometry of the outer shell and will be tuned in cascade by thermal or mechanical extension of the periods of the Bragg gratings. You will have to use the modular global control algorithm, which is widely used in servo control theory to capture the frequency of lasers.

Поскольку усиление вынужденного рамановского рассеяния при наличии водорода в стекле происходит в очень широких пределах, единственное средство накачки может обслуживать когерентное оптическое излучение на нескольких длинах волн в пределах профиля усиления вынужденного рамановского рассеяния. С другой стороны, также возможны многочастотные схемы накачки для расширения диапазонов спектральных линий, в которых происходит излучение.Since the amplification of stimulated Raman scattering in the presence of hydrogen in the glass occurs in a very wide range, the only means of pumping can serve coherent optical radiation at several wavelengths within the amplification profile of stimulated Raman scattering. On the other hand, multi-frequency pumping schemes are also possible for expanding the ranges of spectral lines in which radiation occurs.

Важными примерами приложений предлагаемого многомодового узкополосного волоконного лазера большой мощности можно найти в многомодовой спектроскопии, например при скрининге ДНК, когда необходимы лазеры, излучающие одновременно на четырех длинах волн видимой области спектра, или в телекоммуникациях, когда многочисленные каналы передачи большой мощности уменьшают сложность передатчика, или в индустрии крупных индикаторных табло, где требуется воспроизведение красного, зеленого и синего или эквивалентных цветов.Important examples of applications of the proposed multimode narrow-band high-power fiber laser can be found in multimode spectroscopy, for example, DNA screening, when lasers are required that emit simultaneously at four wavelengths of the visible region of the spectrum, or in telecommunications, when multiple transmission channels of high power reduce the complexity of the transmitter, or in the industry of large indicator boards where the reproduction of red, green and blue or equivalent colors is required.

Claims (15)

1. Волоконный лазер, содержащий волоконный световод (3), имеющий активную среду, лазер в качестве источника (1) накачки и первую пару брэгговских решеток (6, 8), образующих первый резонатор (4), отличающийся тем, что первая пара брэгговских решеток (6, 8) используется в качестве средства лазерной накачки и что предусмотрена вторая пара брэгговских решеток (7, 9), образующих второй резонатор (5) и резонирующих на выходной длине волны волоконного лазера, вследствие чего вторая пара брэгговских решеток (7, 9) является отражающей на стоксовых компонентах первого порядка рамановского рассеяния света и пропускающей для компонент вынужденного рассеяния Мандельштама - Бриллюэна, так что компоненты вынужденного рассеяния Мандельштама - Бриллюэна покидают второй резонатор (5) без резонанса или генерации когерентного оптического излучения.1. A fiber laser containing a fiber waveguide (3) having an active medium, a laser as a pump source (1) and a first pair of Bragg gratings (6, 8) forming a first resonator (4), characterized in that the first pair of Bragg gratings (6, 8) is used as a means of laser pumping and that a second pair of Bragg gratings (7, 9) is provided that form a second resonator (5) and resonate at the output wavelength of the fiber laser, as a result of which a second pair of Bragg gratings (7, 9) reflects on the Stokes components ne of the first order of Raman scattering of light and transmitting for the components of stimulated Mandelstam-Brillouin scattering, so that the components of stimulated Mandelstam-Brillouin scattering leave the second resonator (5) without resonance or generation of coherent optical radiation. 2. Волоконный лазер по п. 1, отличающийся тем, что вторая пара брэгговских решеток резонирует на дополнительной выходной длине волны волоконного лазера.2. The fiber laser according to claim 1, characterized in that the second pair of Bragg gratings resonates at an additional output wavelength of the fiber laser. 3. Волоконный лазер по п. 1 или 2, отличающийся тем, что в указанном волоконном лазере используется эффект Рамана, а вторая пара брегговских решеток (7, 9) образует избирательно резонирующий резонатор (5), отделяющий фотоны рассеяния Мандельштама - Бриллюэна, рассеиваемые в массе материала волоконного световода (3).3. The fiber laser according to claim 1 or 2, characterized in that the said fiber laser uses the Raman effect, and the second pair of Bragg gratings (7, 9) forms a selectively resonating resonator (5), which separates the Mandelstam-Brillouin scattering photons scattered in the mass of fiber material (3). 4. Волоконный лазер по п. 1, отличающийся тем, что активная среда представляет собой легирующую примесь, содержащую молекулярный водород.4. The fiber laser according to claim 1, characterized in that the active medium is a dopant containing molecular hydrogen. 5. Волоконный лазер по п.1, отличающийся тем, что каждый из резонаторов (4, 5), образованный парами брэгговских решеток (6, 8; 7, 9), расположен с обеспечением возможности настройки полости волоконного световода (3), принадлежащей каждому из резонаторов (4, 5), независимо от другой такой же полости.5. The fiber laser according to claim 1, characterized in that each of the resonators (4, 5), formed by pairs of Bragg gratings (6, 8; 7, 9), is located with the possibility of tuning the cavity of the fiber waveguide (3) belonging to each from resonators (4, 5), irrespective of another cavity of the same kind. 6. Волоконный лазер по п.1, отличающийся тем, что длина волоконного световода (3) находится в диапазоне между 10 и 100 м.6. The fiber laser according to claim 1, characterized in that the length of the fiber (3) is in the range between 10 and 100 m 7. Волоконный лазер по п. 1, отличающийся тем, что волокно выполнено на основе кварцевого стекла.7. The fiber laser according to claim 1, characterized in that the fiber is made on the basis of silica glass. 8. Рамановский волоконный лазер, содержащий волоконный световод (3), имеющий, по меньшей мере, одну легирующую примесь в качестве активной среды, лазер в качестве источника (1) накачки и первую пару брэгговских решеток (6, 8), образующих первый резонатор (4), при этом первая пара брэгговских решеток используется в качестве средства лазерной накачки и при этом предусмотрена вторя пара брэгговских решеток, образующих второй резонатор и резонирующих на выходной длине волны волоконного лазера, вследствие чего вторая пара брэгговских решеток является отражающей на стоксовых компонентах первого порядка рамановского рассеяния света и пропускающей для компонент вынужденного рассеяния Мандельштама - Бриллюэна так, что компоненты вынужденного рассеяния Мандельштама - Бриллюэна покидают второй резонатор без резонанса или генерации когерентного оптического излучения, при этом волоконный световод (3) содержит молекулярный водород в качестве легирующей примеси и молекулярный водород загружен в волоконный световод путем диффузии из атмосферы молекулярного водорода.8. A Raman fiber laser containing a fiber waveguide (3) having at least one dopant as an active medium, a laser as a pump source (1) and a first pair of Bragg gratings (6, 8) forming the first resonator ( 4), while the first pair of Bragg gratings is used as a laser pumping device, and a second pair of Bragg gratings is provided, forming a second resonator and resonating at the output wavelength of the fiber laser, as a result of which the second pair of Bragg gratings is reflecting on the Stokes first-order components of Raman light scattering and transmitting for the Mandelstam-Brillouin stimulated scattering components so that the Mandelstam-Brillouin stimulated scattering components leave the second resonator without resonance or generation of coherent optical radiation, while the fiber light guide (3) contains molecular hydrogen as a dopant, and molecular hydrogen is loaded into the optical fiber by diffusion from the atmosphere of molecular hydrogen. 9. Рамановский волоконный лазер по п. 8, отличающийся тем, что атмосфера молекулярного водорода для загрузки его в волоконный световод поддерживается под давлением больше или равно 100 бар.9. Raman fiber laser according to claim 8, characterized in that the atmosphere of molecular hydrogen for loading it into the optical fiber is maintained at a pressure of greater than or equal to 100 bar. 10. Рамановский волоконный лазер по любому из пп. 8 и 9, отличающийся тем, что волоконный световод (3) герметично изолирован внешним покрытием, выполненным из металла или углерода.10. Raman fiber laser according to any one of paragraphs. 8 and 9, characterized in that the fiber light guide (3) is hermetically insulated by an external coating made of metal or carbon. 11. Рамановский волоконный лазер по п. 10, отличающийся тем, что металлическое покрытие состоит из алюминия (Al), или меди (Cu), или золота (Au).11. Raman fiber laser according to claim 10, characterized in that the metal coating consists of aluminum (Al), or copper (Cu), or gold (Au). 12. Рамановский волоконный лазер по п. 8, отличающийся тем, что первый резонатор (4) образован первой парой брэгговских решеток (6, 8), которая используется в качестве средства лазерной накачки.12. Raman fiber laser according to claim 8, characterized in that the first resonator (4) is formed by the first pair of Bragg gratings (6, 8), which is used as a laser pumping means. 13. Рамановский волоконный лазер по п. 12, отличающийся тем, что этот рамановский волоконный лазер содержит вторую пару брэгговских решеток, выполненных как брэгговские решетки с избирательной отражательной способностью и образующих второй резонатор (5).13. Raman fiber laser according to claim 12, characterized in that this Raman fiber laser contains a second pair of Bragg gratings made as Bragg gratings with selective reflectivity and forming a second resonator (5). 14. Рамановский волоконный лазер по п. 13, отличающийся тем, что избирательный резонатор (5) обеспечивает резонанс фотонов вынужденного рамановского рассеяния, рассеянных в молекулах водорода в волоконном световоде (3).14. Raman fiber laser according to claim 13, characterized in that the selective resonator (5) provides a resonance of stimulated Raman photons scattered in hydrogen molecules in a fiber waveguide (3). 15. Рамановский волоконный лазер по п. 13 или 14, отличающийся тем, что одна из брэгговских решеток (7, 9), образующая второй резонатор (5), выполнена в качестве выходного соединителя (9).15. Raman fiber laser according to claim 13 or 14, characterized in that one of the Bragg gratings (7, 9) forming the second resonator (5) is made as an output connector (9).
RU2003130269/28A 2001-03-14 2002-03-07 Narrow-band fiber lasers of great power with expanded range of wave lengths RU2269849C2 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP01106261.9 2001-03-14
EP01106261A EP1241746A1 (en) 2001-03-14 2001-03-14 Narrow band high power fibre lasers

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2003130269A RU2003130269A (en) 2005-02-27
RU2269849C2 true RU2269849C2 (en) 2006-02-10

Family

ID=8176777

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2003130269/28A RU2269849C2 (en) 2001-03-14 2002-03-07 Narrow-band fiber lasers of great power with expanded range of wave lengths

Country Status (13)

Country Link
US (1) US7113524B2 (en)
EP (2) EP1241746A1 (en)
JP (1) JP2004533005A (en)
CN (1) CN1245787C (en)
AT (1) ATE313865T1 (en)
AU (1) AU2002242722B2 (en)
CA (1) CA2439868A1 (en)
DE (1) DE60208168T2 (en)
DK (1) DK1371118T3 (en)
ES (1) ES2253515T3 (en)
HK (1) HK1058728A1 (en)
RU (1) RU2269849C2 (en)
WO (1) WO2002073754A2 (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2460186C2 (en) * 2007-06-27 2012-08-27 Фудзикура Лтд. Fibre laser having excellent reflected light resistance
RU2486647C1 (en) * 2011-12-29 2013-06-27 Общество С Ограниченной Ответственностью "Оптосистемы" All-fibre laser with ultrashort pulse length
RU2566385C1 (en) * 2014-07-15 2015-10-27 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт автоматики и электрометрии Сибирского отделения Российской академии наук (ИАиЭ СО РАН) Waveguide source of unidirectional single-frequency polarised laser radiation with passive frequency scanning (versions)
RU2686665C2 (en) * 2014-09-16 2019-04-30 Айпиджи Фотоникс Корпорэйшн Broadband red light generator for rgb-display
RU2780456C1 (en) * 2021-12-03 2022-09-23 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Новосибирский национальный исследовательский государственный университет" (Новосибирский государственный университет, НГУ) Fiber oscillator with cascade resonator system

Families Citing this family (42)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100442658B1 (en) * 2002-08-14 2004-08-02 삼성전자주식회사 Light source device for wavelength division multiplexing optical communication system
JP4009969B2 (en) * 2002-12-10 2007-11-21 株式会社ニコン Ultraviolet light source, phototherapy device, exposure device, and test object inspection device
US7633621B2 (en) * 2003-04-11 2009-12-15 Thornton Robert L Method for measurement of analyte concentrations and semiconductor laser-pumped, small-cavity fiber lasers for such measurements and other applications
JP4113035B2 (en) * 2003-04-25 2008-07-02 株式会社ニデック Medical laser equipment
US7391561B2 (en) 2005-07-29 2008-06-24 Aculight Corporation Fiber- or rod-based optical source featuring a large-core, rare-earth-doped photonic-crystal device for generation of high-power pulsed radiation and method
KR100759832B1 (en) 2006-04-10 2007-09-18 한국과학기술연구원 Switchable multiwavelength erbium-doped fiber laser generator
US7768700B1 (en) 2006-11-30 2010-08-03 Lockheed Martin Corporation Method and apparatus for optical gain fiber having segments of differing core sizes
US8179594B1 (en) 2007-06-29 2012-05-15 Lockheed Martin Corporation Method and apparatus for spectral-beam combining of fanned-in laser beams with chromatic-dispersion compensation using a plurality of diffractive gratings
ATE480029T1 (en) * 2008-01-18 2010-09-15 Europ Organization For Astrono OPTICAL NARROWBAND FIBER RAMAN AMPLIFIER
JP5323562B2 (en) * 2008-03-31 2013-10-23 古河電気工業株式会社 Cascade Raman laser
US8441718B2 (en) 2009-11-23 2013-05-14 Lockheed Martin Corporation Spectrally beam combined laser system and method at eye-safer wavelengths
US8503840B2 (en) 2010-08-23 2013-08-06 Lockheed Martin Corporation Optical-fiber array method and apparatus
DE112011101288T5 (en) 2010-04-12 2013-02-07 Lockheed Martin Corporation Beam diagnostic and feedback system and methods for spectrally beam combined lasers
JP5878165B2 (en) 2010-04-21 2016-03-08 モビアス フォトニクス， インク． Multi-wavelength Raman laser
CN102130412B (en) * 2011-02-17 2012-03-28 浙江大学 Full optical fiber type pulse optical fiber laser based on stimulated brillouin scattering pulse compression
CN102148472A (en) * 2011-03-14 2011-08-10 苏州华必大激光有限公司 Moire effect-based wavelength-tunable hybrid laser
DE102011083626B4 (en) 2011-09-28 2023-05-25 Airbus Operations Gmbh Cover for a seat in an aircraft or spacecraft
CN102506915B (en) * 2011-11-02 2014-12-10 电子科技大学 Three-order Raman amplification technology-based Brillouin optical time domain analysis system
US9252559B2 (en) * 2012-07-10 2016-02-02 Honeywell International Inc. Narrow bandwidth reflectors for reducing stimulated Brillouin scattering in optical cavities
DE102012113029A1 (en) 2012-12-21 2014-06-26 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Short-pulse laser system
CA2910559C (en) * 2013-04-29 2021-06-01 Mark S. Zediker Devices, systems, and methods for three-dimensional printing
US10971896B2 (en) 2013-04-29 2021-04-06 Nuburu, Inc. Applications, methods and systems for a laser deliver addressable array
CN103531997A (en) * 2013-09-29 2014-01-22 上海交通大学 Tunable cascade raman thulium-doped optical fiber laser
US9366872B2 (en) 2014-02-18 2016-06-14 Lockheed Martin Corporation Apparatus and method for fiber-laser output-beam shaping for spectral beam combination
CN106062601B (en) 2014-02-20 2017-11-21 宝镭适有限公司 Pretrigger optical fiber for medical applications
US11646549B2 (en) 2014-08-27 2023-05-09 Nuburu, Inc. Multi kW class blue laser system
EP3186821B1 (en) * 2014-08-27 2021-01-13 Nuburu, Inc. Applications, methods and systems for materials processing with visible raman laser
US20220072659A1 (en) * 2016-04-29 2022-03-10 Nuburu, Inc. Methods and Systems for Reducing Hazardous Byproduct from Welding Metals Using Lasers
US11612957B2 (en) * 2016-04-29 2023-03-28 Nuburu, Inc. Methods and systems for welding copper and other metals using blue lasers
EP3448621A4 (en) 2016-04-29 2020-01-22 Nuburu, Inc. Visible laser additive manufacturing
WO2017189962A1 (en) * 2016-04-29 2017-11-02 Nuburu, Inc. Monolithic visible wavelength fiber laser
EP3576899A4 (en) 2017-01-31 2021-02-24 Nuburu, Inc. Methods and systems for welding copper using blue laser
KR102423330B1 (en) 2017-04-21 2022-07-20 누부루 인크. Multi-Coated Fiber
US10992097B2 (en) * 2017-06-09 2021-04-27 Honeywell International Inc. Apparatus and method for an optical resonator with an integrated Bragg grating
KR20240017108A (en) 2017-06-13 2024-02-06 누부루 인크. Very Dense Wavelength Beam Combined Laser System
WO2020107030A1 (en) * 2018-11-23 2020-05-28 Nuburu, Inc Multi-wavelength visible laser source
CN113228431A (en) * 2018-12-28 2021-08-06 恩耐公司 Fiber apparatus and method for reducing Stimulated Raman Scattering (SRS) light emission from a resonant cavity
CN113573840A (en) 2019-02-02 2021-10-29 努布鲁有限公司 High reliability, high power, high brightness blue laser diode system and method of making same
CN110361604B (en) * 2019-07-23 2021-08-13 北京无线电计量测试研究所 Electric field detection quantum component, preparation method and quantum field intensity sensor
CN110380326B (en) * 2019-07-29 2020-10-23 武汉电信器件有限公司 Optical signal output device and method, and storage medium
CN110780282B (en) * 2019-10-25 2020-10-09 深圳煜炜光学科技有限公司 Multi-line laser radar with synchronous parallel scanning function and control method
CN115275751B (en) * 2022-07-11 2023-09-12 国科大杭州高等研究院 Device for inhibiting stimulated Brillouin scattering in narrow linewidth solid Raman laser

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4523315A (en) * 1982-04-09 1985-06-11 At&T Bell Laboratories Raman gain medium
US5305335A (en) * 1989-12-26 1994-04-19 United Technologies Corporation Single longitudinal mode pumped optical waveguide laser arrangement
US5237576A (en) * 1992-05-05 1993-08-17 At&T Bell Laboratories Article comprising an optical fiber laser
EP0656127B1 (en) * 1993-05-21 2001-10-04 DHV International, Inc. Reduced diameter down-hole instrument cable
US5323404A (en) * 1993-11-02 1994-06-21 At&T Bell Laboratories Optical fiber laser or amplifier including high reflectivity gratings
US5838700A (en) * 1995-07-28 1998-11-17 Nauchny Tsentr Volokonnoi Optiki Pri Institute Obschei Fiziki Rossiiskoi Akademii Nauk Raman fibre laser, bragg fibre-optical grating and method for changing the refraction index in germanium silicate glass
US5912910A (en) * 1996-05-17 1999-06-15 Sdl, Inc. High power pumped mid-IR wavelength systems using nonlinear frequency mixing (NFM) devices
US5901264A (en) * 1997-06-12 1999-05-04 Fiberguide Industries Solar resistant optical fiber and method
JPH1187824A (en) * 1997-09-08 1999-03-30 Kokusai Denshin Denwa Co Ltd <Kdd> Light amplifier
US5991070A (en) * 1997-11-14 1999-11-23 Sdl, Inc. Optical amplifier with oscillating pump energy
US6041070A (en) * 1997-11-14 2000-03-21 Sdl, Inc. Resonant pumped short cavity fiber laser
US6130981A (en) * 1998-03-20 2000-10-10 Polymicro Technologies, Llc Gamma radiation sterilized fiber optic UV delivery systems
US6310899B1 (en) * 1998-04-15 2001-10-30 Lucent Technologies Inc. Cascaded raman resonator system and apparatus
JPH11307844A (en) * 1998-04-27 1999-11-05 Fujitsu Ltd Active optical fiber and optical fiber amplifier
DE19850736C2 (en) * 1998-11-04 2003-04-17 Heraeus Tenevo Ag Core glass for a preform for an optical fiber, preform produced using the core glass, and method for producing the core glass of a preform for an optical fiber
US6407855B1 (en) * 1999-10-29 2002-06-18 Sdl, Inc. Multiple wavelength optical sources
RU2158458C1 (en) * 2000-02-08 2000-10-27 Научный центр волоконной оптики при Институте общей физики РАН Raman fiber laser

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2460186C2 (en) * 2007-06-27 2012-08-27 Фудзикура Лтд. Fibre laser having excellent reflected light resistance
US8295314B2 (en) 2007-06-27 2012-10-23 Fujikura Ltd. Fiber laser having superior resistance to reflection light
RU2486647C1 (en) * 2011-12-29 2013-06-27 Общество С Ограниченной Ответственностью "Оптосистемы" All-fibre laser with ultrashort pulse length
RU2566385C1 (en) * 2014-07-15 2015-10-27 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт автоматики и электрометрии Сибирского отделения Российской академии наук (ИАиЭ СО РАН) Waveguide source of unidirectional single-frequency polarised laser radiation with passive frequency scanning (versions)
RU2686665C2 (en) * 2014-09-16 2019-04-30 Айпиджи Фотоникс Корпорэйшн Broadband red light generator for rgb-display
RU2780456C1 (en) * 2021-12-03 2022-09-23 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Новосибирский национальный исследовательский государственный университет" (Новосибирский государственный университет, НГУ) Fiber oscillator with cascade resonator system
RU2816557C1 (en) * 2023-10-30 2024-04-02 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт автоматики и электрометрии Сибирского отделения Российской академии наук (ИАиЭ СО РАН) Compact single-frequency linearly polarized fibre radiation source (versions)

Also Published As

Publication number Publication date
WO2002073754A2 (en) 2002-09-19
CN1528035A (en) 2004-09-08
EP1371118B1 (en) 2005-12-21
DE60208168T2 (en) 2006-07-13
US20040086004A1 (en) 2004-05-06
HK1058728A1 (en) 2004-05-28
DE60208168D1 (en) 2006-01-26
ES2253515T3 (en) 2006-06-01
CA2439868A1 (en) 2002-09-19
US7113524B2 (en) 2006-09-26
JP2004533005A (en) 2004-10-28
DK1371118T3 (en) 2006-05-08
AU2002242722B2 (en) 2006-05-25
EP1371118A2 (en) 2003-12-17
EP1241746A1 (en) 2002-09-18
ATE313865T1 (en) 2006-01-15
RU2003130269A (en) 2005-02-27
WO2002073754A3 (en) 2002-12-27
CN1245787C (en) 2006-03-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2269849C2 (en) Narrow-band fiber lasers of great power with expanded range of wave lengths
US6625180B2 (en) Raman fiber laser
US6370164B1 (en) Broadband sagnac raman amplifiers and cascade lasers
AU2002242722A1 (en) Narrow band high power fibre lasers
US7599405B2 (en) Method and apparatus for coherently combining multiple laser oscillators
US20070133626A1 (en) Mid-infrared raman fiber laser system
US6807338B2 (en) Multiwavelength cascaded raman resonator
Zhang et al. A Watt-Level Single-Frequency Fiber Laser at 2$\mu $ m Using a Silica Prolate Microresonator
JP2000340865A (en) Laser oscillator and laser amplifier
JP3760129B2 (en) Single mode fiber ring laser
KR100243313B1 (en) Blue and green oscillation method
JPWO2002095885A1 (en) Fiber laser device
KR100317575B1 (en) Wavelength-Tunable Single-Frequency Laser
KR100671708B1 (en) Clad optical fiber laser light source using long period fiber grating
JPH09162468A (en) Laser oscillator
CN117293635A (en) Active coupling cavity coherent array laser
Ryasnyanskiy et al. Ring cavity tunable fiber laser with external transversely chirped Bragg grating
Du et al. Mode competition in Raman fiber lasers with two different Fabry-Perot cavities
CN110581434A (en) Method for generating 2-micron-waveband single-wavelength stable laser output and laser device
JP2009187970A (en) Fiber laser device, laser beam machining method, and electronic device
JP2002185067A (en) Laser oscillator and laser amplifier
Gaebler et al. Monolithic blue upconversion fiber laser
JP2004363188A (en) Optical fiber laser and method of oscillating laser beam of 2.8 micro meter band
Unrau Fiber lasing devices and their sensor applications potential

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20090308